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컨볼루션 신경망 기반의 TW3 최대신장예측 시스템
Convolution Neural Network based TW3 Maximum Height Prediction System 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.22 no.10, 2018년, pp.1314 - 1319  

박시현 (Research&evelopment Center) ,  조영복 (Department of Computer & Information Security, Daejeon University)

초록
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현재 우리 사회는 아동의 성장발달에 대한 관심이 증가한데 비해 대한성장의학회에서 사용되고 있는 TW3 기반의 최대신장예측 기법은 수동으로 이루어지고 있어 주관적이며, 진료에 있어 다소 많은 시간과 노력을 필요로 한다는 단점이 있다. 또한 현재 딥러닝, 특히 컨볼루션 신경망을 활용해 영상을 분류하는 기술은 인간의 눈보다 더 정확한 수준으로 다양한 분야에 활용되고 있으며 의료분야 또한 예외는 아니다. 따라서 성장 예측의 신뢰도를 높이고, 진단자의 편의성을 증대하기 위해 본 논문에서는 컨볼루션 신경망을 이용해 좌측 수골의 발달 수준을 예측하고 소아청소년의 최대신장예측에 활용되는 딥러닝을 이용한 TW3 알고리즘을 제안한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The current TW3 - based maximum height prediction technique used in KMAA(Korean Medical Academy of Auxology) is manual and subjective, and it requires a lot of time and effort in the medical treatment, while the interest in the child's growth is very high. In addition, the technique of classifying i...

주제어

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문제 정의

  • 특히 골연령의 경우에는 의료분야에서 많은 질병 상태를 판독하는데 쓰이고 있기 때문에, 기존에도 수골 x-ray 영상을 통하여 골연령 판독을 자동화하려는 연구는 계속되어왔다[6][7]. 따라서 본 논문에서는 OpenCV를 이용한 영상처리를 통하여 분리된 13곳의 관심영역[8]을 CNN 기반의 딥러닝 알고리즘[9][10]을 통하여 B~H, 혹은 I까지의 발달 단계를 판별해내고, 그를 통하여 얻어진 RUS값을 이용해 아동의 최대신장을 예측하는 방법에 대하여 제안한다
  • 본 논문에서는 성장예측을 위해 소요되는 시간을 줄이면서도 더 높은 정확도를 얻어내기 위하여 4개의 convolution 레이어와 3개의 max pooling 레이어를 기반으로 하는 CNN기반의 영상분류 모델을 제시하였다. 이번 실험에서는 데이터의 개수가 적어, 정확도가 숙련된 진단자가 직접 판별하는 수준에는 미치지 못하였지만, 기존의 영상처리 기술에 비해서는 결과 값의 오차를 줄이는 데에 성공하였다.
  • 본 논문에서는 수동으로 판독하는 것 보다는 빠른 판독속도로 처리하고, 영상처리를 이용한 기존의 알고리즘보다는 높은 정확도를 얻기 위해 CNN 기반의 알고리즘을 이용해 수골의 발달단계를 판단하는 최대신장 예측 알고리즘을 소개한다. 그림 2와 같은 왼손 수골 x-ray 영상을 입력받아 영상처리 과정을 거쳐 관심영역의 부위를 검출하고, 검출된 관심영역을 CNN 기반의 딥러닝 모델을 이용해 학습시켜 수골의 발달 단계를 판독해낸다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대한성장의학회에서 사용되고 있는 TW3 기반의 최대신장예측 기법의 단점은? 현재 우리 사회는 아동의 성장발달에 대한 관심이 증가한데 비해 대한성장의학회에서 사용되고 있는 TW3 기반의 최대신장예측 기법은 수동으로 이루어지고 있어 주관적이며, 진료에 있어 다소 많은 시간과 노력을 필요로 한다는 단점이 있다. 또한 현재 딥러닝, 특히 컨볼루션 신경망을 활용해 영상을 분류하는 기술은 인간의 눈보다 더 정확한 수준으로 다양한 분야에 활용되고 있으며 의료분야 또한 예외는 아니다.
본 논문의 CNN기반의 영상분류 모델의 한계점과 기대점은 무엇인가? 본 논문에서는 성장예측을 위해 소요되는 시간을 줄이면서도 더 높은 정확도를 얻어내기 위하여 4개의 convolution 레이어와 3개의 max pooling 레이어를 기반으로 하는 CNN기반의 영상분류 모델을 제시하였다. 이번 실험에서는 데이터의 개수가 적어, 정확도가 숙련된 진단자가 직접 판별하는 수준에는 미치지 못하였지만, 기존의 영상처리 기술에 비해서는 결과 값의 오차를 줄이는 데에 성공하였다. 충분한 양의 데이터를 추가적으로 확보하여 학습을 진행할 경우에는 보다 정확도가 높은 결과를 얻어낼 수 있을 것이다
TW3 기법이란? TW3 기법은 왼손 수골 x-ray 이미지에서 13곳의 성장판의 골성숙 정도를 판정해 점수를 부여하고, 그 점수의 합으로 RUS 값이라고 불리는 골성숙점수를 계산해골연령을 측정하고, 최대신장을 예측할 수 있는 방법이다. 이 TW3 기법은 Tanner와 Whitehouse, 그리고 Healy에 의해 1962년 고안된 TW1, 그리고 TW1을 보완하여성별과 뼈 부위의 발달 정도에 따라 단계별로 점수를 부여하여 골 성숙 점수를 계산하는 TW2에서 한 단계 더 나아간 것이다[8, 11].
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참고문헌 (12)

  1. Y. J. Kim and E. G. Kim, "Image based Fire Detection using Convolutional Neural Network," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 20, no. 9, pp. 1649-1656, Sep. 2016. 

  2. H. M. Sim and P. Ishvi, "Analysis of an Axial T2 Weighted Brain MRI," Asia-pacific Journal of Convergent Research Interchange, vol. 3, no. 1, pp. 45-55, Mar. 2017. 

  3. Z. Yan, Y. Zhan, Z. Peng, S. Liao, Y. Shinagawa, S. Zhang, D. N. Metaxas and X. S. Zhou, "Multi-instance deep learning," IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 35, no. 5, pp. 1332-1343, May. 2016. 

  4. M. V. Grinsven, B. V. Ginneken, C. Hoyng, T. Theelen and C. Sanchez, "Fast convolution neural network training using selective data sampling," IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 35, no. 5, pp. 1273-1284, May. 2016. 

  5. J. W. Kim, H. A. Pyo, J. W. Ha, C. K. Lee and J. H. Kim, "Deep learning algorithms and applications," Communications of the Korean Institute of Information Scientists and Engineer, vol. 33, no. 8, pp. 25-31, Aug. 2015. 

  6. H. K Lee, S. Tajmir, J. Lee, M. Zissen, B. A. Yeshiwas, T. K. Alkasab, G. Choy and S. H Do. "Fully automated deep learning system for bone age assessment," Springer Journal of Digital Imaging, vol. 30, no. 4, pp. 427-441, Aug. 2017. 

  7. J. W. Min and D. J. Kang, "Deep Meta Learning Based Classification Problem Learning Method for Skeletal Maturity Indication," Journal of Korea Multimedia Society, vol. 21, no. 2, pp. 98-107, Feb. 2018. 

  8. Y. B. Cho and S. H. Woo, "Algorithm for Extract Region of Interest Using Fast Binary Image Processing," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 22, no. 4, pp. 634-640, Apr. 2018. 

  9. S. C. Lim, S. H. Kim, Y. H. Kim and D. Y. Kim, "Training Network Design Based on Convolution Neural Network for Object Classification in few class problem," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 21, no. 1, pp. 144-150, Jan. 2017. 

  10. H. K. Lim, J. Y. Kim and H. K. Jung, "Convolutional Neural Network Based Image Processing System," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 16, no. 3, pp. 160-165, Sep. 2018. 

  11. J. M. Tanner, M. J. R. Healy, H. Goldstein, N. Cameron, Assesment of skeletal maturity and prediction of adult height(TW3 method), 3rd ed. Panmun books, pp. 1-21, 2015. 

  12. J. S. Oh, "Finger Counting Algorithm in the Hand with Stuck Fingers," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 21, no. 10, pp. 1892-1897, Oct. 2017. 

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